墨脱公路嘎隆拉隧道应力测试与反演

论文摘要

嘎隆拉隧道地处西藏南部,地质条件复杂,气候恶劣,构造运动活跃,地质灾害种类繁多。初始地应力场及围岩二次应力场对隧道施工起着至关重要的作用。本文在分析嘎隆拉隧道地质条件的基础上,通过现场测试、室内试验、理论分析和数值模拟,对隧道初始地应力场和围岩二次应力场进行了研究。①采用三孔交汇应力解除法测试得到了隧道2个实测点的三维初始地应力状态,对隧址区地应力场特征有了正确的认识。隧址区岩体应力场是构造应力、重力共同作用的结果,并非单一的重力应力场或构造应力场。②通过Kaiser效应法测试得到了隧道8个测点的三维初始地应力状态。三孔交汇法和Kaiser效应法在相同位置处的测试结果比较接近,表明了Kaiser效应法的适用,也证明了其它测点测试结果的正确性。③结合隧道工程实际,确定了6种地应力反演影响因素,建立了6种工况模型,将实测初始地应力值通过弹性力学转轴公式转化为计算坐标系下的地应力分量。应用多元线性回归分析方法,结合实测初始地应力资料进行了隧道初始地应力场反演,得到了隧道初始地应力场的分布规律。④采用改进型应力恢复法测试得到了6个测点的隧道围岩二次应力。结合初始地应力反演结果,以侧压力系数法对围岩二次应力场进行了数值模拟,得到了隧道开挖后的围岩二次应力场特征,并对二次应力与隧道埋深的关系、围岩二次应力断面分布特征进行了分析,得到了由隧道开挖引起的二次应力场分布范围。

论文目录

• 中文摘要
• 英文摘要
• 1 绪论
• 1.1 研究背景及实用意义
• 1.2 研究现状
• 1.2.1 地应力测量技术研究现状
• 1.2.2 地应力反演方法研究现状
• 1.2.3 围岩二次应力测试及研究现状
• 1.3 研究内容、技术路线
• 1.3.1 研究内容
• 1.3.2 技术路线
• 2 隧道工程概况
• 2.1 地形、地貌
• 2.2 水文地质条件
• 2.2.1 地表水
• 2.2.2 地下水
• 2.3 地层岩性
• 2.4 地质构造
• 2.5 设计概况
• 2.6 本章小结
• 3 隧道初始地应力测试
• 3.1 三钻孔交汇应力解除法地应力测试
• 3.1.1 测试原理和方法
• 3.1.2 测试过程
• 3.1.3 测试结果及分析
• 3.2 Kaiser 效应地应力测试
• 3.2.1 声发射Kaiser 效应测试原理
• 3.2.2 测试过程
• 3.2.3 测试结果及分析
• 3.3 应力解除和Kaiser 效应测试结果的相关性
• 3.4 本章小结
• 4 地应力场回归分析方法
• 4.1 概述
• 4.2 地应力反演影响因素的确定
• 4.3 地应力反演回归分析边界条件的确定
• 4.3.1 约束边界条件的施加
• 4.3.2 荷载边界条件的施加
• 4.4 空间中任意一点应力插值的确定方法
• 4.5 地应力场回归模型的建立
• 4.5.1 基于最小二乘法的多元回归方法
• 4.5.2 地应力场回归结果统计检验
• 4.6 逐步回归原理
• 4.7 本章小结
• 5 隧道初始地应力场反演
• 5.1 模型的建立
• 5.2 参数选取
• 5.3 初始地应力实测成果转换
• 5.3.1 实测点在模型中的位置
• 5.3.2 坐标转换及结果分析
• 5.4 地应力场反演回归分析
• 5.4.1 反演计算
• 5.4.2 回归系数
• 5.4.3 回归效果检验
• 5.4.4 反演回归结果分析
• 5.5 本章小结
• 6 隧道围岩二次应力测试与模拟研究
• 6.1 围岩二次应力现场测试
• 6.1.1 测试原理和方法
• 6.1.2 测试结果及分析
• 6.2 隧道开挖过程的围岩二次应力模拟
• 6.2.1 侧压力系数法
• 6.2.2 围岩二次应力场数值模拟
• 6.3 隧道围岩二次应力场特征
• 6.3.1 应力大小与隧道埋深的关系
• 6.3.2 断面分布特征
• 6.4 本章小结
• 7 结论与展望
• 7.1 主要结论
• 7.2 后续工作展望
• 致谢
• 参考文献
• 附录
• A. 作者在攻读学位期间发表的论文
• B. 作者在攻读学位期间取得的科研成果